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5.4 光合作用与能量转化（第1课时）
提示：影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
问题探讨
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
提示：用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
思考：
1、玉米中有时会出现白化苗。白化苗对植物的生长有什么影响？
2、植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？
一、捕获光能的色素
玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
一、捕获光能的色素
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
提取色素要注意什么？
1. 破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。
2. 保证色素的结构和活性不被破坏。
3. 使色素溶解于试剂中。
（1）提取原理：绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
思考：1、什么试剂可替代无水乙醇？
2、层析液含有哪些物质，可由什么代替？
（2）分离原理：各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的扩散更快，反之则慢。
2.实验方法
（1）提取方法：过滤法
（2）分离方法：纸层析法
1.实验原理
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
3.实验步骤：
（1）提取绿叶的色素
称取5g绿叶，剪碎，放入研钵中。
向研钵中放入少量二氧化硅（有助于研磨充分）和碳酸钙（可防止研磨中色素被破坏），再加入10mL无水乙醇（溶解色素），迅速、充分研磨。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中(单层尼龙布)进行过滤。
用棉塞塞严（目的是防止乙醇挥发和色素氧化）。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
(2)制备滤纸条
避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线
将滤纸剪成能放入烧杯中的滤纸条
在滤纸条一端剪去两角
在距去角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线
铅笔线
剪两角
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
(3)画滤液细线
将滤液倒入培养皿，用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。
等滤液干后再画一到两次。
为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显
★要求：细、直、齐 ；重复2—3次
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
1cm
层析液
原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快;反之，则慢。
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
(4)分离绿叶中的色素
原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快;反之，则慢。
将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。
1、为何滤液细线不能触及层析液？
2、为何要盖上培养皿？
防止色素溶解在层析液中
防止层析液挥发，因其易挥发且有毒
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
（5）实验结果
①滤纸上有几条色素带？
④不同的色素带分别对应哪些色素？
②从上而下的排序说明了什么？
4条
③不同条带的宽窄说明了什么？
含量不同
溶解度不同
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素
思考：如果将色素滤液点在圆形滤纸的中央，分离的结果是？
探究·实践：绿叶中色素的提取和分离
1.若色素提取液呈淡绿色的，其原因有 ：
①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少；
②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；
③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏；
④研磨不充分，色素未能充分提取出来。
2.若色素带颜色较浅，其原因有 ：
⑤画滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少；
⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液。
同上4点
提取液
色素带
异常现象的分析
叶绿体中的色素提取液
叶绿素主要吸收___________ 类胡萝卜素主要吸收________
蓝紫光
蓝紫光、红光
红光区、蓝紫光区出现了暗带
绿光被吸收很少
四种色素对光的吸收
二、捕获光能的色素和结构
上
下
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
（主要吸收蓝紫光和红光）
（主要吸收蓝紫光）
类胡萝卜素
叶绿素
1、色素带的位置说明什么问题？
2、色素带的宽窄说明什么问题？
二、捕获光能的色素和结构
色素知识的应用
温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
二、捕获光能的色素和结构
影响色素合成的因素
光照
温度
矿质元素
水
氧气
遗传因素
二、捕获光能的色素和结构
叶绿素a
血红蛋白
二、捕获光能的色素和结构
叶绿素a：蓝绿色
COOCH3
C32H30ON4Mg
COOC20H39
叶绿素b：黄绿色
COOCH3
C32H28O2N4Mg
COOC20H39
胡萝卜素：橙黄色
不饱和碳氢化合物：C40H56
叶黄素：黄色
胡萝卜素衍生的醇类：C40H56O2
二、捕获光能的色素和结构
1. 光照
光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象
正常韭菜
韭黄
二、捕获光能的色素和结构
分析：为什么植物春夏叶子翠绿 而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。
低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来。
当温度低于7 ℃时，树叶中会生成花青素。
二、捕获光能的色素和结构
2. 温度
最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。
温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。
秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。
4.水（了解）
植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。
3. 矿质元素：氮、镁：叶绿素的组分；
铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。
二、捕获光能的色素和结构
(1)结构
外表：①双层膜
内部
②基质
③基粒：由类囊体堆叠而成
↓决定
(2)功能：进行光合作用的场所。
(3)物质基础
在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。
在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。
叶绿体基质
二、捕获光能的色素和结构
1、选材：（1）水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。
（2）好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。
2、设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
4、进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
3、极细的光束照射：叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
二、捕获光能的色素和结构
思考·讨论： 恩格尔曼的实验一
极细的光束
黑暗中——集中于叶绿体被光束照射的部位
光下——分布于叶绿体所有受光部位
水绵
需氧细菌
结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
（1）为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
提示：水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。
（2）为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
提示：选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
（3）为什么用极细的光束照射？
提示：叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
思考·讨论： 恩格尔曼的实验一
分析：这一巧妙的实验说明了什么？
叶绿体中的色素主要吸收红光与蓝紫光，几乎不吸收绿光
恩吉尔曼第二个实验的结果
课堂小结
课堂小结
（蓝绿色）
叶绿素a
（黄绿色）
叶绿素b
（橙黄色）
胡萝卜素
叶 黄 素
（黄 色）
叶绿素
（约占3/4，主要吸收红光和蓝紫光）
类胡萝卜素
（约占1/4，主要吸收蓝紫光）
绿叶中的色素
叶绿体
双层膜
基质中有许多由囊状结构堆叠而成的基粒
光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质
1、基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
（1）叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（ ）
（2）叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（ ）
（3）植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。（ ）
2、下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ ）
A、所有植物细胞中都含有4种色素
B、有些植物细胞的液泡中也含有色素
C、叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D、植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
×
√
×
A
即使训练
3、在进行叶绿素提取和分离的实验时，不能让层析液没及滤液细线的原因是( )
A.滤纸上几种色素会扩散不均匀而影响结果
B.滤纸条上滤液细线会变粗而使色素太分散
C.色素会溶解在层析液中而使结果不明显
D.滤纸条上的几种色素会混合起来
4、叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，光能的吸收发生在叶绿体的( ) A.内膜上 B.基质中 C.类囊体薄膜上 D.各部位上
5、白光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱就会出现一些黑色带，这些条带应 位于（ ）
A．绿光区 B.红光区和 绿光区
C．蓝紫光和绿光区 D.红光区和蓝紫光区
C
C
D
即使训练

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